[과학]154_모양 Shapes: Nature's Patterns_필립 볼 Philip Ball_2014_사이언스북(190413)

• 저자 : 필립 볼 Philip Ball

과학 저술가. 1983년에 옥스퍼드 대학교 화학과를 수석으로 졸업하고 1988년에는 브리스톨 대학교에서 물리학 박사 학위를 받았다. 20여 년 동안 <네이처>의 물리 화학 분야 편집자, 편집 고문으로 일했다. <화학의 시대 Designing the Molecular World>, <H2O(Life's Matrix)>, <브라이트 어스 Bright Earth>, <물리학으로 보는 사회 Critical Mass>, <음악 본능 The Music Instinct> 등 대중 독자를 대상으로 한 다양한 분야의 과학 책을 저술했다. 미국 항공 우주국, 영국의 빅토리아앤드앨버트미술과, 런던 정치 경제 대학 등에서 다양한 과학 강연을 하고 있으며, <네이처>,<뉴사이언티스트>,<가디언>,<뉴욕 타임스> 등 여러 잡지와 신문에 기고하며 과학 문화 확산을 위해 노력하고 있다. 

 

• 추천지수 : ★★★★★

• 소감 

이 책은 도서관에서 우연히 만나게 되었습니다. 고2인 둘째 아들이 책읽는 습관을 가지면 좋겠다 싶어서 매주 한 권 정도 책을 권해주고 읽도록 유도하고 있습니다. 요즘 중간고사를 준비하며 화학이 어렵다고 하기에 화학에 대한 일반과학도서를 찾고 있던 중 몇 권의 호기심 가는 책들이 보였습니다. 이 책 <모양>은 제목에서는 별로 끌리는 점은 없었는데 책을 둘러보니 최근에 읽었던 독특한 관점의 책 <스케일>과 비슷한 듯해서 빌리게 되었습니다. 

 

어떤 책이든 첫 장을 읽다보면 빠져들기 시작하거나 몰입도가 없거나인데 이 책은 읽을수록 저자의 깊은 지식에 매력을 느끼게 되었습니다. 처음으로 읽는 책이라서 대부분의 내용이 평상시에 당연하게 여기며 깊이있는 고민을 하지 않았던 것이라 더욱 자연을 이해하는 폭을 넓혀 주었습니다. 

 

자연의 신비를 과학적으로 해석한 것으로 유전공학, 생명공학 등에 관심이 있는 중고등학생들이 읽으면 진로를 정하는데 그리고 어떤 일을 하게 되는지 일부분은 맛을 볼 수 있다는 면에서 도움이 되겠습니다. 

 

일반인들도 중고등학교 시절까지 배운 생물 지식을 훌쩍 넘는 깊이있는 정보들이 많이 담겨 있어 약간 시간은 지났지만 (2009년 출간) 이 정도까지 해석할 수 있네라는 놀라움도 들 것입니다. 도전해 보시죠. 

 

• 책에서 발췌

52) 모형은 일반적으로 프로세스에서 일어날 수 있는 모든 현상을 완벽하게 설명하지 않는다. 좋은 모형은 기본적인 현상을 만들어 내는 데 필수적인 측면만 포함한다. (중략) 요점은 현상의 과학적인 기술이 실제를 다 포착할 수 없으며, 그것을 지향하지도 않는다는 것이다. 그것이 모형이다. 이는 과학의 결점이 아니라 강점이다. 

55) 가장 흥미 있고 뜻깊은 경험은 직접 맞닥뜨릴 때 얻어진다는 것을 깨닫기 바란다. 

 

62) 헤켈은 다윈주의의 신봉자였다. 다윈은 헤켈을 독일에 자기의 진화론을 퍼뜨리는 도구로 생각했다. 하지만 헤켈의 신조가 꼭 정통 다윈주의에 맞는다고 할 수는 없다. 그는 생물이 점차로 진화하고, 그 때문에 계통수에 가지를 치며 다양화되므로 갈수록 복잡한 형태를 얻는다고 확신했다. 그러나 그는 자연선택만을 그것의 유일한 메커니즘으로 생각하지 않았다. 오히려 환경이 생명체가 형태를 만드는 것을 돕는다는 그의 주장은 라마르크주의(Lamarckism, 환경 변화가 동식물의 구조 변화를 가져온다는 설), 즉 획득형질이 유전한다는 개념과 비슷하다. 

 

 64) <자연의 예술적 형태>의 멋진 삽화들은 '자연이 아름답다'라는 사실을 보여 주는 단순한 전시가 아니라 생명계에서 자발적인 형태, 대칭성, 질서의 출현은 피할 수 없는 과정이라는 헤켈의 논점을 뒷받침하는 자료로 의도된 것이었다. (중략) 헤켈은 특히 데생에 뛰어난 훌륭한 화가이기는 했지만 정말 자신이 보고 있는 것을 그린 것일까, 아니면 저급하고 세속적인 실제 너머에서 그가 직감해서 봐야 한다고 생각한 이상화된 형태를 그린 것일까? 

86) 액체의 표면 장력은 표면이 액체가 멈추는 곳이라는 단순한 사실에서 비롯된다. 여러 개이 원자들 또는 분자는, 머리를 빗었을 때 머리카락을 빗으로 잡아당기는 힘과 매우 유사한, 상대적으로 약한 전기적 인력으로 서로 응집한다. 액체 내 깊은 곳에 있는 물 분자는 그것을 둘러싼 분자들 때문에 모든 방향에서 이런 인력을 느낀다. 

88) 기둥 표면의 아주 작은 마구잡이 요동은 표면 장력이 오목한 면을 '안쪽으로' 잡아당겨 액체 기둥에 일련의 좁은 목을 갖게 할 때 두드러져 보인다. 이와 같은 '진주 만들기' 현상을 19세기 말 영국의 과학자 존 윌리엄 스트럿 레일리 경이 연구한 이후 레일리 불안정성으로 불린다. 

95) 세포막은 지질로 불리는 양친성 분자로 만들어진다. 비누 막을 구성하는 분자는 공기로 행해 있는 소수성 꼬리를 갖고 있는 반면, 세포막은 물 같은 유체로 둘러싸여서 분자들이 정반대로 배열되어 있다. 즉 친수성 머리 부분이 막의 양면에서 바깥을 가리키고 소수성 꼬리는 이 이중층 안에 있어서 물로부터 차단된다. 

141) 제올라이트는 규소, 알루미늄, 산소 원자들이 아주 작은 채널을 이룬 연결망, 즉 네트워크를 구성해 결정 구조를 만든 광물이다. 채널의 구멍은 대략 폭이 원유의 탄화수소 분자 정도 너비이다. 따라서 제올라이트는 그 구멍이 충분히 커서 일부 분자는 통과시키고 다른 분자는 통과하지 못하게 하는, 분자를 거르는 분자체 역할을 할 수 있다. 

157) 촉매 작용을 하는 금속 원자들이 첨가되고, 유기 화합물인 말론산이 브롬산염과 반응하는 이러한 혼합액 또는 혼합물은 벨로우소프-자보틴스키 반응(Belousov-Zhabotinsky reaction, 줄여서 BZ반응)으로 알려져 있다. 만약 BZ 시약들이 잘 화합하고 섞이면 용액은 붉은색에서 푸른색으로 바뀌고 매 수 분마다 다시 원래 상태로 돌아오게 된다. 

159) 이러한 CSTR(Continuous Stirred-Tank Reactor)을 통해 거듭되는 물질의 유입이 화학적인 계가 평형에 도달하는 것을 막는다. 여러분은 인생에서 결코 진정한 평형을 직접 경험하지 못했다. 만약 그랬다면 여러분의 인생은 끝났을 테니까. 평형은 죽음과 같다. 거기서 아무 일도 일어나지 않는다. 

190) 당신의 심장 박동이 화학파이고 심장은 일종의 벨로우소프-지보틴스키 겔의 슬래브이다. 그리고 그것이 만드는 패턴이 생명줄이다. 

193) 이제 나선형 파는 좋지 않은 소식이다. 그런데 무엇이 이런 파를 일으킬까? 지금껏 지켜본 바로 심장 조직(들뜰 수 있는 매질)에서 볼 수 있는 패턴 상태 중 하나가 나선형 파(결과적으로 부정맥과 세동)라는 것은 이해할 수 있다. 그러나 정상적이고 건강한 심장은 나선에 희생되지 않고, 수십 억 번의 순환 동안 안정적으로 뛸 것이다. 

211) 앨런 매시선 튜링(Alan Mathison Turing, 1912~1954)은 정말로 세상을 보는 법을 바꾼 몇 안 되는 수학자 중 하나였다. 추상적인 이론과 때로는 매우 난해한 정리를 현실 세계에 응용하는 법을 발견하면 통상 빼어난 수학자로 취급한다. 그러나 튜링은 그 반대였다. 그는 현실 세계인 것처럼 보이는 것, 나아가 무미건조한 질문들이 실제로는 현실의 수학적 단계라고 부를 수 있는 세계의 실제 사례임을 보였다. 

217) 제2차 세계 대전 중 열국 밀턴 케인즈 시의 블레츨리 파크에서 암호 해독에 중심적인 역할을 한 이후, 튜링은 1952년에 동성애 활동으로 기소된 데 이어 보안 위험 대상으로 간주되었다. 그는 '교정하는' 호르몬 치료를 명령받았고 여행의 자유가 제한되었다. 이 비열한 처사로 수치스럽고 우울해진 튜링은 1954년에 42세의 나이로 청상가리가 든 사과를 깨물고 말았다. 

 

265) 이러한 사례 연구는 생물학적 패턴 형성에 관한 한 자발성과 진화 사이의 관계가 미묘함을 보여 준다. 톰프슨(과 나보코프)가 추정했던 대로 자연은 고유의 특징적인 형태를 갖는 보편적인 과정을 이용해 패턴을 만든다. 튜링은 이런 과정들 중 하나를 밝혔는데 그것의 가장 단순한 발현은 상대적으로 제한된 폭의 선택지를 제공한다. 한편 생물학은 이렇게 '기성품'을 이용하는 것 같이 보이지만 그것은 또한 눈부실 정도로 화려하고 거의 한없는 변이를 만들어 낼 수 있다. 

 

268) 맬서스가 자신의 주장을 1798년 <인구론 An Essay on the Principle of Population>이라는 제목의 짧은 책으로 출판했을 때 특별히 새로운 것을 이야기하지 않았지만, 다양한 맥랑의 정치 경제학 사상을 명확히 한 연구와 1803년에 나온 증보판 <인구론>은 큰 파장을 불러일으켰다. 카를 마르크스는 <인구론>을 읽고 그 안에서 사회적 불안과 폭력 혁명이라는 처방전을 발견했다. 19세기 벨기에의 천문학자이며 '사회 물리학자'인 랑베르 아돌프 자크 케틀레(Lambert Adolphe Jacques Quetelet, 1796-1874)에게 인구론은 꼭 맬서스의 의도대로 기하급수적인 성장 곡선을 따르는 인구 증가를 예상할 수 없지만 그 대신 인구가 S자 모양의 곡선을 그리며 자원의 고갈로 견제를 받아 고원 상태로 평편하게 됨을 의미했다.